Las pruebas encontradas en su campamento de Vindobona [b]​ y lo descrito en la Notitia dignitatum indican que su existencia se prolongó hasta comienzos del siglo V.

[17]​ En esta batalla se distinguió especialmente el primopilo de la unidad Cayo Crastino,[18]​ quien resultó muerto.

[24]​ Por último, en el año 45 a. C., Julio César licenció a los veteranos de la legión asentándolos en la Colonia Narbo Martia,[25]​ la actual Narbona, pero el reagrupamiento de los hijos de Pompeyo en Hispania hizo que la unidad fuese reactivada y sus veteranos pidieron voluntariamente la vuelta al servicio; así, se trasladó con Julio César a la península ibérica, tomando parte en la batalla de Munda en la que su actuación, a las órdenes personales del dictador en el ala derecha,[26]​ decidió la batalla.

Muerto Julio César, la legión pasó a ser controlada por Marco Emilio Lépido, colaborando sus soldados activamente en 43 a. C. en la reconciliación y asociación entre Lépido, Marco Antonio y Augusto,[27]​ heredero del dictador, acuerdo que se transformó en el Segundo Triunvirato.

[40]​ Posiblemente una vexillatio de la unidad se integró en el ejército que Nerón había reunido para su proyectada guerra contra los albanos en el Caspio y que había hecho regresar para combatir la revuelta de Cayo Julio Vindex en la Galia.

[45]​ Aunque se desconoce dónde fue acuartelada, lo más probable es que fuera enviada a la Bética para intentar prevenir las acciones de Lucio Clodio Macro, quien, desde África Proconsular, se había hecho con el control de las provincias del norte de África, dirigiendo la Legio III Augusta y reclutando la efímera Legio I Macriana liberatrix.

[51]​ Entre 71 y 103 la legión fue estacionada en la base construida sobre el solar de la arrasada capital bátava por la Legio II Adiutrix en Ulpia Noviomagus Batavorum (Nimega, Países Bajos) para controlar el limes germano de la provincia Germania Inferior.

Durante los años 104 a 106, participó en la segunda campaña de Trajano contra los dacios, colaborando en el mantenimiento del castellum Sucidava (Cartierul Celei, Rumanía),[60]​ quedando finalmente acantonada en Viena [61]​ hasta comienzos del siglo V.

[67]​ Asimismo, colaboró en el mantenimiento y renovación de la vía que transcurría paralela al río Danubio desde Carnuntum hasta Aquincum (Budapest, Hungría).

Cuando Cómodo fue asesinado en 192 y sustituido por Pertinax, la Legio X Gemina juró lealtad al nuevo emperador, pero al ser asesinado este y sucedido por Didio Juliano, la unidad fue una de las legiones que apoyaron a Septimio Severo, gobernador de Panonia Superior, en su ascenso a la púrpura imperial,[68]​ participando en todas sus campañas, excepto la británica.

Así, buena parte de la Legio X Gemina fue integrada en el ejército que acompañó a Septimio Severo a Italia en 193-194 contra Didio Juliano, y soldados de esta legión fueron utilizados por Septimio Severo para renovar la guardia pretoriana [69]​ y las Cohortes Urbanas,[70]​ cuya actuación había determinado el asesinato de sus predecesores Pertinax y Didio Juliano, por lo cual los soldados originales de esas dos unidades, mayoritariamente itálicos, habían sido licenciados.

A lo largo de la segunda mitad del siglo III, colaboró con los diferentes emperadores panonios en el mantenimiento del orden en el limes danubiano y durante las guerras que enfrentaron a estos con los usurpadores.

Dado que la unidad había apoyado a los rivales de Diocleciano, este emperador le prestó poca atención.

Bajo Maximiano, entre los años 298 y 305, la unidad mantuvo un destacamento en el norte de Italia a las órdenes del praepositus Aurelio Vicencio.

En ambas partes, las tropas estaban dirigidas por sendos praefecti legionis y debían estar formadas por unos mil legionarios.

En el año 351, la unidad asentada en Vindobona, al igual que el resto de las tropas de guarnición en las provincias panónicas, proclamó emperador a Vetranio, magister per Illyricum, frente a Constancio II, aunque cuando este emperador avanzó con un ejército hacia la zona, Vetranio se sometió voluntariamente;[87]​ poco después, en el mismo año, todas las tropas tuvieron que hacer frente al usurpador Magnencio, venciendo a su ejército en la batalla de Mursa Maior.